基于LoRa无线网络的舰船温度、压力传感器节点设计与实现
发布时间：2021-02-23 14:25
随着现代化舰船设备信息交互需求的日益增长,传统有线电缆的数量和重量也相应增加。在内部空间有限的情况下,有线数据传输逐渐成为制约舰船信息化的重要因素。无线传感器具有网络规模大,节点布置灵活方便等优点。无线传感器应用在船舶上可节约布线、方便随着技术发展增加传感器检测节点、提高舰船自动化水平等优点。本论文首先对国内外舰船环境无线传感器发展趋势和在舰船环境无线传感器的现状做出分析,介绍了目前比较先进的无线传输技术,并结合本项目节点实际需求,从节点适用性、可靠性、功耗以及抗干扰能力出发,提出一套基于LoRa无线网络的舰船温度、压力传感器节点的软硬件设计方案,该传感器工作在舰船舱室环境;随后对舰船舱室环境下的无线采集节点的工作原理和系统构架进行了分析,针对项目任务指标,设计实现了基于STM32L052超低功耗核心处理器的嵌入式系统硬件模块电路,分别是:电源模块、通讯模块和变送器模块电路;接着根据整个采集节点工作流程,编程实现了节点软件设计,包括基于ARM构架执行于MCU内部的串口初始化程序、Modbus协议和基于LoRa无线网络执行于sx1276通讯芯片的发送程序和抗干扰跳频程序。在完成整个传感器...
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外发展情况
1.2.2 国内发展情况
1.2.3 差距分析
1.3 论文的主要研究内容及章节结构安排
第2章 基于LoRa无线网络的舰船传感器节点整体方案设计
2.1 传感器节点的整体构架与工作原理
2.2 传感器节点在舰船环境中的适用性分析
2.2.1 无线传感器的应用需求
2.2.2 舰船环境无线传感器特点
2.2.3 无线传感器网络组网技术对比与选择
2.2.4 技术方案
2.3 传感器节点的工作环境和技术指标
2.3.1 传感器节点的工作环境分析
2.3.2 传感器节点的技术指标
2.4 传感器节点的模具介绍和传感器节点电路板尺寸设计
2.5 传感器节点的关键部件选型
2.5.1 主微控制器的选型
2.5.2 变送器的选型
2.5.3 通讯模块的选型
2.6 无线传感器功耗分析
2.7 本章小结
第3章 传感器节点的硬件电路设计
3.1 传感器节点硬件结构框架
3.2 传感器节点电源模块设计
3.2.1 LDO电源设计
3.2.2 供电模块设计
3.3 传感器节点通讯模块设计
3.4 变送器模块设计
3.4.1 温度变送器模块设计
3.4.2 压力变送器模块设计
3.5 传感器节点板电路和PCB板设计
3.6 本章小结
第4章 传感器节点的软件设计
4.1 STM32单片机开发环境介绍
4.2 传感器节点软件设计
4.2.1 传感器节点软件主函数流程
4.2.2 传感器节点的初始化
4.3 温度、压力采集模块程序设计
4.3.1 温度、压力变送器初始化
4.3.2 Modbus协议编写
4.4 LoRa发送程序设计
4.4.1 LoRaWAN初始化
4.5 抗干扰跳频技术
4.6 本章小结
第5章 传感器节点的调试与实验分析
5.1 实验设计
5.1.1 实验器件准备
5.1.2 实验步骤
5.1.3 实验测试与结果分析
5.2 与网关通讯测试实验
5.3 传感器节点与网关通讯射频性能测试
5.4 传感器节点电源供电测试
5.5 传感器节点固件更新
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者攻读学位期间的科研成果
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]桉树人工林中433 MHz信道LoRa信号的传播特性[J]. 谭星,于新文,张旭,李凡,刘燕,欧阳萱,文永志. 林业工程学报. 2020(02)
[2]自适应人工免疫网络算法的无线传感网络拓扑结构优化[J]. 韦运玲. 电子测量技术. 2020(01)
[3]无线传感器网络研究现状与应用[J]. 苗沛然. 通信电源技术. 2020(03)
[4]浅析无线传感器网络技术的特点与应用[J]. 龙俊. 广东职业技术教育与研究. 2019(06)
[5]基于LoRa传输的船舶传感器节点温度采集系统研究[J]. 游鑫. 科技风. 2019(33)
[6]多径效应对被动测向系统的影响分析[J]. 唐勇,钟都都,左乐. 电子信息对抗技术. 2019(06)
[7]无线传感器网络的低功耗路由协议分析与设计[J]. 李杨杨. 卫星电视与宽带多媒体. 2019(16)
[8]无线传感器网络应用技术综述[J]. 唐明双. 科技资讯. 2018(36)
[9]船舶无线传感器网络中物联网技术的应用[J]. 李刚. 舰船科学技术. 2018(06)
[10]无线传感器网络WSN的路由安全技术的分析与研究[J]. 吴文平,潘正高,张晓梅. 贵阳学院学报(自然科学版). 2018(01)
博士论文
[1]面向低功耗物联网的高效传输及安全认证关键技术研究[D]. 周歆妍.浙江大学 2019
[2]基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究[D]. 马瑞.大连海事大学 2014
[3]能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究[D]. 高艺.南开大学 2010
硕士论文
[1]基于LoRa技术的低功耗定位方案[D]. 蒋雪妍.电子科技大学 2019
[2]基于物联网的远程低功耗水表抄表系统设计与实现[D]. 李忠伟.杭州电子科技大学 2019
[3]基于LoRa的信息采集系统设计与实现[D]. 王筝.东南大学 2019
[4]无线传感器网络节点低功耗电源管理芯片研究[D]. 谢伟杰.电子科技大学 2018
[5]无线传感器网络节点低功耗研究[D]. 王玥.东北石油大学 2015
[6]无线传感器网络低功耗节点设计与实现[D]. 刘嘉宇.北京交通大学 2015
[7]基于ZigBee无线传感器网络的作物生长环境监控系统[D]. 刘民静.济南大学 2014
[8]核电设备状态无线监测低功耗装置的研究与设计[D]. 胡红阳.电子科技大学 2013
[9]低功耗无线传感器网络节点设计[D]. 杨冲.北方工业大学 2012
[10]基于RFID与ZigBee无线传感网络研究与设计[D]. 石繁荣.西南科技大学 2012
本文编号：3047734
【文章来源】：南华大学湖南省
【文章页数】：75 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 课题研究的背景和意义
1.2 国内外发展现状
1.2.1 国外发展情况
1.2.2 国内发展情况
1.2.3 差距分析
1.3 论文的主要研究内容及章节结构安排
第2章 基于LoRa无线网络的舰船传感器节点整体方案设计
2.1 传感器节点的整体构架与工作原理
2.2 传感器节点在舰船环境中的适用性分析
2.2.1 无线传感器的应用需求
2.2.2 舰船环境无线传感器特点
2.2.3 无线传感器网络组网技术对比与选择
2.2.4 技术方案
2.3 传感器节点的工作环境和技术指标
2.3.1 传感器节点的工作环境分析
2.3.2 传感器节点的技术指标
2.4 传感器节点的模具介绍和传感器节点电路板尺寸设计
2.5 传感器节点的关键部件选型
2.5.1 主微控制器的选型
2.5.2 变送器的选型
2.5.3 通讯模块的选型
2.6 无线传感器功耗分析
2.7 本章小结
第3章 传感器节点的硬件电路设计
3.1 传感器节点硬件结构框架
3.2 传感器节点电源模块设计
3.2.1 LDO电源设计
3.2.2 供电模块设计
3.3 传感器节点通讯模块设计
3.4 变送器模块设计
3.4.1 温度变送器模块设计
3.4.2 压力变送器模块设计
3.5 传感器节点板电路和PCB板设计
3.6 本章小结
第4章 传感器节点的软件设计
4.1 STM32单片机开发环境介绍
4.2 传感器节点软件设计
4.2.1 传感器节点软件主函数流程
4.2.2 传感器节点的初始化
4.3 温度、压力采集模块程序设计
4.3.1 温度、压力变送器初始化
4.3.2 Modbus协议编写
4.4 LoRa发送程序设计
4.4.1 LoRaWAN初始化
4.5 抗干扰跳频技术
4.6 本章小结
第5章 传感器节点的调试与实验分析
5.1 实验设计
5.1.1 实验器件准备
5.1.2 实验步骤
5.1.3 实验测试与结果分析
5.2 与网关通讯测试实验
5.3 传感器节点与网关通讯射频性能测试
5.4 传感器节点电源供电测试
5.5 传感器节点固件更新
5.6 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
作者攻读学位期间的科研成果
致谢
附录
【参考文献】：
期刊论文
[1]桉树人工林中433 MHz信道LoRa信号的传播特性[J]. 谭星,于新文,张旭,李凡,刘燕,欧阳萱,文永志. 林业工程学报. 2020(02)
[2]自适应人工免疫网络算法的无线传感网络拓扑结构优化[J]. 韦运玲. 电子测量技术. 2020(01)
[3]无线传感器网络研究现状与应用[J]. 苗沛然. 通信电源技术. 2020(03)
[4]浅析无线传感器网络技术的特点与应用[J]. 龙俊. 广东职业技术教育与研究. 2019(06)
[5]基于LoRa传输的船舶传感器节点温度采集系统研究[J]. 游鑫. 科技风. 2019(33)
[6]多径效应对被动测向系统的影响分析[J]. 唐勇,钟都都,左乐. 电子信息对抗技术. 2019(06)
[7]无线传感器网络的低功耗路由协议分析与设计[J]. 李杨杨. 卫星电视与宽带多媒体. 2019(16)
[8]无线传感器网络应用技术综述[J]. 唐明双. 科技资讯. 2018(36)
[9]船舶无线传感器网络中物联网技术的应用[J]. 李刚. 舰船科学技术. 2018(06)
[10]无线传感器网络WSN的路由安全技术的分析与研究[J]. 吴文平,潘正高,张晓梅. 贵阳学院学报(自然科学版). 2018(01)
博士论文
[1]面向低功耗物联网的高效传输及安全认证关键技术研究[D]. 周歆妍.浙江大学 2019
[2]基于小生境粒子群算法的机舱WSN目标覆盖研究[D]. 马瑞.大连海事大学 2014
[3]能源自给低功耗无线传感器网络关键技术研究[D]. 高艺.南开大学 2010
硕士论文
[1]基于LoRa技术的低功耗定位方案[D]. 蒋雪妍.电子科技大学 2019
[2]基于物联网的远程低功耗水表抄表系统设计与实现[D]. 李忠伟.杭州电子科技大学 2019
[3]基于LoRa的信息采集系统设计与实现[D]. 王筝.东南大学 2019
[4]无线传感器网络节点低功耗电源管理芯片研究[D]. 谢伟杰.电子科技大学 2018
[5]无线传感器网络节点低功耗研究[D]. 王玥.东北石油大学 2015
[6]无线传感器网络低功耗节点设计与实现[D]. 刘嘉宇.北京交通大学 2015
[7]基于ZigBee无线传感器网络的作物生长环境监控系统[D]. 刘民静.济南大学 2014
[8]核电设备状态无线监测低功耗装置的研究与设计[D]. 胡红阳.电子科技大学 2013
[9]低功耗无线传感器网络节点设计[D]. 杨冲.北方工业大学 2012
[10]基于RFID与ZigBee无线传感网络研究与设计[D]. 石繁荣.西南科技大学 2012
本文编号：3047734
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/xiangmuguanli/3047734.html
